一种大型复杂曲率构件精确成形方法技术

本发明专利技术属于金属板材制造技术领域，涉及一种大型复杂曲率构件精确成形方法，包括以下步骤：1)基于模具型面的随型变曲率对待加工的大型复杂曲率构件的原板材进行滚弯处理；2)对进行滚完处理的原板材进行蠕变时效成形，得到高精度成形的大型复杂曲率构件。本发明专利技术提供了一种使得蠕变时效成形操作简单、可避免成形过程中的真空袋破裂现象、同时可消除由于构件反弹造成的伤人安全隐患的大型复杂曲率构件精确成形方法。

【技术实现步骤摘要】
一种大型复杂曲率构件精确成形方法
本专利技术属于金属板材制造
，涉及一种大型复杂曲率构件精确成形方法，尤其涉及一种航空航天用具有复杂曲率构件变曲率滚弯-蠕变时效成形制造方法。
技术介绍
蠕变时效成形是为实现航空航天用大型整体高强铝合金构件精确成形与高性能成性协同制造而发展起来的一种新型钣金成形方法，具有成形精度高、成本低、重复率高、残余应力低等优点。该技术目前主要是应用于小曲率构件成形制造，例如飞机机翼上下蒙皮。而针对复杂大曲率构件蠕变时效成形制造，面临着构件与模具型面之间弦高过大，导致实际真空袋密封操作难度大的问题，如图1。航空航天用复杂曲率大型构件由于设计需求往往具有一定的强度和刚度，需要持续地抽真空加载才能使构件弯曲接近模具型面，这个过程中真空袋会被吸入构件与模具组成的型腔内，很容易由于受力不均匀发生破裂或者最后被构件压破，导致构件成形失败；而且真空袋破裂后，构件发生回弹，很容易伤到人，发生安全事故。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种使得蠕变时效成形操作简单、可避免成形过程中的真空袋破裂现象、同时可消除由于构件反弹造成的伤人安全隐患的大型复杂曲率构件精确成形方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种大型复杂曲率构件精确成形方法，其特征在于：所述大型复杂曲率构件精确成形方法包括以下步骤：1)基于模具型面的随型变曲率对待加工的大型复杂曲率构件的原板材进行滚弯处理；2)对进行滚完处理的原板材进行蠕变时效成形，得到高精度成形的大型复杂曲率构件。作为优选，本专利技术所采用的步骤1)的具体实现方式是：1.1)提取模具型面中心对称曲线L1，并对中心对称曲线L1进行放大m倍，得到曲线L2，所述m＞1；1.2)在曲线L2上截取曲线L3，曲线L3的长度与待加工成型的大型复杂曲率构件的长度相同，曲线L3的曲率变化和模具型面一致且曲线L3的曲率半径比模具型面曲率半径大；1.3)根据待加工成型的大型复杂曲率构件的结构和变形特点，对曲线L3进行优化得到曲线L4，曲线L4为待加工成型的大型复杂曲率构件滚弯后的侧面轮廓线；1.4)把曲线L4分为n段，所述n＝2～10，将n段中的每段曲线的曲率视为等曲率，令n段中的每段曲线的曲率半径为左(右)端点处的曲率半径；1.5)测量曲线L4中每段曲线左(右)端点的曲率半径ri，根据有限元仿真计算得到曲线各段的滚弯上辊下压量di，所述i＝1，2….n；1.6)根据计算得到的上辊下压量di对构件进行分段滚弯。作为优选，本专利技术所采用的步骤2)的具体实现方式是：2.1)将滚弯后的大型复杂曲率构件的原板材进行真空袋密封；2.2)真空袋密封后，将大型复杂曲率构件的原板材和模具整体进入热压罐进行抽真空并升温升压；2.3)保温保压5-25h，待加工的大型复杂曲率构件的内部产生蠕变变形；实验后进行降温卸压，温度降低到50～60℃时取出构件，最终得到高精度成形的大型复杂曲率构件。本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种大型复杂曲率构件精确成形方法，包括基于模具型面的随型变曲率对待加工的大型复杂曲率构件的原板材进行滚弯处理；对进行滚完处理的原板材进行蠕变时效成形，得到高精度成形的大型复杂曲率构件。本专利技术为了解决大型复杂曲率构件蠕变时效成形弦高大操作难的问题，构件先进行滚弯以减小弦高。复杂曲率椭球形构件小端曲率半径大变形小，大端曲率半径小变形大。如果对构件进行单曲率滚弯，则构件整体区域都会产生塑性变形；相对于单纯蠕变时效成形，增加了构件小端的塑性变形量，从而小端会发生过弯。因此采用构件基于模具型面的随型变曲率滚弯策略，即根据模具型面中心对称曲线的曲率设计构件变曲率滚弯，使得构件小端滚弯曲率半径大减小过弯变形，提高精度；大端滚弯曲率半径小增大变形，增加操作可行性以及提高精度。本专利技术针对复杂大曲率、大尺寸构件提出了先滚弯后蠕变时效成形的方法，该方法降低了弦高，使得蠕变时效成形操作简单，避免了成形过程中的真空袋破裂现象；同时消除了由于构件反弹造成的伤人安全隐患。本专利技术根据构件变形特点，构件基于模具型面的随型变曲率滚弯相对单曲率滚弯，蠕变时效复合成形后得到的外形精度更高。本专利技术由于构件滚弯后降低了弦高，减小了模具外形尺寸，降低了模具加工制造费和热压罐使用费。附图说明图1是现有技术中构件与模具型面之间弦高的示意图；图2是本专利技术所提供的大型复杂曲率构件精确成形方法的流程示意图；图3是模具型面中心对称曲线L1和相应的放大曲线L2的示意图；图4是在曲线L2上截取曲线L3的示意图；图5是对曲线L3进行优化得到曲线L4的示意图；图6是在曲线L4上测量各个端点的曲率半径的示意图；图7是滚弯后的构件示意图。具体实施方式本专利技术的理论基础是：根据构件变形特点，构件基于模具型面的随型变曲率滚弯相对单曲率滚弯，蠕变时效复合成形后得到的外形精度更高。大型复杂曲率构件变曲率滚弯-蠕变时效复合精确成形方法。一方面通过滚弯后减小构件与模具型面的弦高，使得操作简单；另一方面构件基于模具型面的随型变曲率滚弯-蠕变时效成形相对单曲率滚弯-蠕变时效成形得到的外形精度更高。构件具有尺寸大、外形复杂等特点。构件尺寸在0.5m～10m之间，甚至可以更大，随着尺寸的增大，构件与模具型面间的弦高更大，实际成形中贴高温胶、密封真空袋等过程更难，失败的可能性也更大；构件外表面为复杂曲率，例如椭球形和球形，大尺寸下构件外形精确成形更难。为解决大型复杂曲率构件蠕变时效成形弦高大操作难的问题，构件先进行滚弯以减小弦高。复杂曲率椭球形构件小端曲率半径大变形小，大端曲率半径小变形大。如果对构件进行单曲率滚弯，则构件整体区域都会产生塑性变形；相对于单纯蠕变时效成形，增加了构件小端的塑性变形量，从而小端会发生过弯。因此采用构件基于模具型面的随型变曲率滚弯策略，即根据模具型面中心对称曲线的曲率设计构件变曲率滚弯，使得构件小端滚弯曲率半径大减小过弯变形，提高精度；大端滚弯曲率半径小增大变形，增加操作可行性以及提高精度。本专利技术提供了一种大型复杂曲率构件变曲率滚弯-蠕变时效复合精确成形方法，其基本过程如下(流程示意图如2)：1)构件基于模具型面的随型变曲率滚弯设计：1.1)提取模具型面中心对称曲线L1，并对中心对称曲线L1进行放大m(倍数＞1)得到曲线L2，如图3；1.2)在放大后的曲线L2上截取曲线L3，曲线L3的长度为构件长度，曲线L3的曲率变化规律和模具型面一致且曲率半径比模具型面曲率半径更大，如图4；1.3)根据构件结构和变形特点，对曲线L3进行优化得到曲线L4，曲线L4为构件滚弯后的侧面轮廓线。优化举例：如构件变形小的一端，则可以把曲线L3小端部分的曲率半径增大，甚至为直线，如图5。1.4)把曲线L4分为n段，段数n一般在2～10之间，每段曲线视为等曲率，令其曲率半径为左(右)端点处的曲率半径，如图6；1.5)测量曲线L4中每段曲线左(右)端点的曲率半径ri(i＝1，2….n)，然后根据有限元仿真计算得到曲线各段的滚弯上辊下压量di(i＝1，2….n)；1.6)根据计算得到的上辊下压量di对构件进行分段滚弯，如图7。2)构件变曲率随型滚弯后再进行蠕变时效成形。滚弯后的构件弦高低，真空袋密封容易。真空袋密封后，构件和模具整体进入热压罐进行抽真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型复杂曲率构件精确成形方法，其特征在于：所述大型复杂曲率构件精确成形方法包括以下步骤：1)基于模具型面的随型变曲率对待加工的大型复杂曲率构件的原板材进行滚弯处理；2)对进行滚完处理的原板材进行蠕变时效成形，得到高精度成形的大型复杂曲率构件。

【技术特征摘要】
1.一种大型复杂曲率构件精确成形方法，其特征在于：所述大型复杂曲率构件精确成形方法包括以下步骤：1)基于模具型面的随型变曲率对待加工的大型复杂曲率构件的原板材进行滚弯处理；2)对进行滚完处理的原板材进行蠕变时效成形，得到高精度成形的大型复杂曲率构件。2.根据权利要求1所述的大型复杂曲率构件精确成形方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：1.1)提取模具型面中心对称曲线L1，并对中心对称曲线L1进行放大m倍，得到曲线L2，所述m＞1；1.2)在曲线L2上截取曲线L3，曲线L3的长度与待加工成型的大型复杂曲率构件的长度相同，曲线L3的曲率变化和模具型面一致且曲线L3的曲率半径比模具型面曲率半径大；1.3)根据待加工成型的大型复杂曲率构件的结构和变形特点，对曲线L3进行优化得到曲线L4，曲线L4为待加工成型的大型复杂曲率构件滚弯后的侧面...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，杨有良，胡正根，刘观日，徐凌志，喻吉望，孙找，汪凯，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43